全文摘要
本实用新型涉及具有气氛调节功能的光学样品测试装置，包括样品台、气氛调节腔体和激光光源，气氛调节腔体包括主腔体、气体混合腔和抽气部件，气体混合腔与主腔体连通，抽气部件与主腔体的出气口连接；气体混合腔上设有若干气体入口；主腔体上设有光入口和光出口，激光光源设在光入口的一侧；样品台设在主腔体内侧正对光入口。该装置结构简单、气氛调节易操作，能够为光学样品测试提供合适的气体氛围，提高实验准确性。该装置设有气体混合腔，对气体进行预混合，达到比例后再送入主腔体，减小了真空状态对气体流量计的损害。
主设计要求
1.具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：包括样品台、气氛调节腔体和激光光源，气氛调节腔体包括主腔体、气体混合腔和抽气部件，气体混合腔与主腔体连通，抽气部件与主腔体的出气口连接；气体混合腔上设有若干气体入口；主腔体上设有光入口和光出口，激光光源设在光入口的一侧；样品台设在主腔体内侧正对光入口。
设计方案
1.具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：包括样品台、气氛调节腔体和激光光源，气氛调节腔体包括主腔体、气体混合腔和抽气部件，气体混合腔与主腔体连通，抽气部件与主腔体的出气口连接；气体混合腔上设有若干气体入口；主腔体上设有光入口和光出口，激光光源设在光入口的一侧；样品台设在主腔体内侧正对光入口。
2.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：光入口和光出口均为石英制成的光学窗口，光入口和光出口同轴设置。
3.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：气氛调节腔体还包括三轴移动平台，三轴移动平台与气氛调节腔体连接，样品台为具有升降定位功能的平台。
4.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：样品台上设有热电偶。
5.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：主腔体和气体混合腔均由高强度的不锈钢制成。
6.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：气体混合腔的每一气体入口上均设有气体流量计和阀门。
7.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：主腔体内设有第一气压计。
8.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：气体混合腔与主腔体之间设有三通阀。
9.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：主腔体上设有一电源接口，通过电源接口外接偏压设备，对样品施加偏压。
10.按照权利要求1所述的具有气氛调节功能的光学样品测试装置，其特征在于：气体混合腔上设有第二气压计。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及材料光学测试领域，具体地说是具有气氛调节功能的光学样品测试装置。
背景技术
半导体材料，特别是用于太阳能电池、发光二极管、激光二极管和光电探测器的半导体材料的检测对于提升和改进器件性能有着至关重要的作用。在众多检测方法中，材料的光谱检测有着方便、快捷且对样品无损害等优点。运用于材料的光谱技术很多，包括：能反映材料吸收峰位置、禁带宽度的紫外-可见吸收光谱；能反映材料的类别、半导体材料掺杂类型及发光效率的荧光光谱；可用来测量激发态物种随时间变化的时间分辨吸收和荧光光谱技术；用来探测光电材料的光电导和载流子迁移率随时间变化的时间分辨太赫兹光谱技术等。这些技术在半导体材料的研究过程中是经常用到且非常重要的光谱分析技术。然而，对于许多半导体材料来说，为了获得以上所述的光谱，运用强光辐照是在所难免的。在运用强光辐照，特别是运用高强度激光、脉冲激光等检测的过程中，光与检测材料中某些物质的相互作用将随辐照光密度的增加而增加。这就导致了在涉及激光光源的检测过程中导致测量数据结果的偏差。其中，在众多导致光与检测材料相互作用的因素中，材料周围的气体氛围起到了非常关键的作用。例如，砷化镓材料在氧气存在的情况下作用高强度激光会导致材料光学性能的迅速恶化。然而，在氮气氛围或真空条件下测试砷化镓材料，其光学性能表现稳定，能较正确地反映材料的固有性能。同时，对于一些对气体氛围敏感的材料，其有作为光学传感器的潜力。对于此类材料的光学响应检测和稳定性检测也需要在合适的气体氛围下进行。因此，一个具有良好气密性、气体气压可方便调控、适用于多种光学测试手段的腔体的研发是迫切的。
当前，市面上大多腔体设计未包含光学窗口或只包含简单的窗口，然而这并不适用于光谱，特别是对光学信号要求较高的光学测试。为了适用于多种光谱学测试，包括稳态荧光发射、稳态光谱吸收、瞬态荧光发射、瞬态吸收光谱及时间分辨太赫兹等测试，具有高透光率兼具良好气密性的光学窗口是进行精确测量的必要条件。目前尚未有适用于光谱学特别是运用了强光或脉冲激光的光谱学及超快光谱学的气体氛围和气压可调节腔体。
由于市面上尚未有面向光学测试的周边气体氛围可调节的激光照射的测试仪器。现存较多的产品主要面向样品存储与保管。而对于光强较大光谱测试，样品的测试环境还局限在暴露的空气中。对于某些对气体氛围较敏感的样品，这样的测试环境将极大地造成测试数据的偏差。对于某些为了达到具体气体氛围的测量，自行搭建的简易盒体并不能达到很高纯度的气体环境。同时，对于气密性不够的氛围腔体，某些高纯度有害气体的泄露将增加从事检测人员的窒息或毒害危险。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种具有气氛调节功能的光学样品测试装置，该测试装置结构简单、气氛调节易操作，能够为光学样品测试提供合适的气体氛围，提高实验准确性；且该测试装置设有气体混合腔，对气体进行预混合，达到比例后再送入主腔体，减小了真空状态对气体流量计的损害。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
具有气氛调节功能的光学样品测试装置，包括样品台、气氛调节腔体和激光光源。气氛调节腔体包括主腔体、气体混合腔和抽气部件，气体混合腔与主腔体连通，抽气部件与主腔体的出气口连接；气体混合腔上设有若干气体入口；主腔体上设有光入口和光出口，激光光源设在光入口的一侧；样品台设在主腔体内侧正对光入口。
优选地，光入口和光出口均为石英制成的光学窗口，光入口和光出口同轴设置。采用这种结构后，光学窗口具有高透光性和良好的气密性，为测试装置的精确测量提供必要条件。
优选地，气氛调节腔体还包括三轴移动平台，三轴移动平台与气氛调节腔体连接，样品台为具有升降定位功能的平台。采用这种结构后，通过三轴移动平台移动主腔体以使激光的光斑对准样品。样品台具有上下左右前后调节、对样品定位的功能，方便切换和更换样品位置，大大减少了更换样品过程中重复抽真空和充气过程的等待时间。
优选地，样品台上设有热电偶。采用这种结构后，使测试装置在原有的常规光谱测试的基础上扩展材料的研究领域，应用范围更加广泛。
优选地，主腔体和气体混合腔均由高强度的不锈钢制成。采用这种结构后，主腔体和气体混合腔具有良好的气密性和稳固性。
优选地，气体混合腔的每一气体入口上均设有气体流量计和阀门。采用这种结构后，利用气体流量计测量流入的气体，进而控制气体混合比例。
优选地，主腔体内设有第一气压计。采用这种结构后，利用第一气压计测量并反馈主腔体内的气压。
优选地，气体混合腔与主腔体之间设有三通阀。采用这种结构后，气体处理装置与三通阀的其中一个通口连通，气体混合腔和主腔体可以转换连通和隔开状态、同时气体混合腔和气体处理装置之间也可以转换连通和隔开状态，采用气体处理装置可以避免测试装置内的气体直接排入空气中污染环境。无需在气体混合腔上多设一个空气入口，精简结构。
优选地，主腔体上设有一电源接口，通过电源接口外接偏压设备，对样品施加偏压。
优选地，气体混合腔上设有第二气压计。
总的说来，本实用新型具有如下优点：
1.该测试装置结构简单、气氛调节易操作，能够为光学样品测试提供合适的气体氛围与气压，提高实验准确性。该测试装置设有气体混合腔，对气体进行预混合，达到比例后再送入主腔体，减小了真空状态对气体流量计的损害。
2.该测试装置运用不锈钢制成的主腔体装载气体，具有良好的气密性和稳固性。在满足基本光学测量的同时，额外的温度和电压的施加可以运用在样品本身，提升了对材料性能研究的维度，为进一步了解材料性能提供了更多的数据。
3.采用了双石英窗口结构，适用于大多数气体氛围依赖光学测试。利用气体流量计和抽气部件，可以实现主腔体内气压调控和气体氛围的控制。利用具有升降定位功能的样品台，方便定位样品及切换样品。
附图说明
图1为本实用新型的测试装置的结构示意图。
图中的标号和对应的零部件名称为：1为三通阀，2为气体混合腔，3为真空泵，4为真空接口阀门，5为样品台，6为旋钮，7为底座，8为固定箍，9为气体流量计，10为阀门，11为第一气压计，12为主腔体，13为三轴移动平台，14为光入口，15为光出口，16为法兰，17为千分尺旋进部件，18为旋进螺栓，19为支柱，20为电源接口，21为第二气压计。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
具有气氛调节功能的光学样品测试装置，以高功率激光作为激光光源进行样品测试，并对样品周围的气体氛围与气压进行调节，以提供合适测试的气体氛围与气压，提高实验的测试精度。实验时结合气体处理装置和偏压设备使用。
该测试装置包括具有升降定位功能的样品台、气氛调节腔体和激光光源。气氛调节腔体包括抽气部件、三轴移动平台和由高强度的不锈钢制成的主腔体、气体混合腔。本实施例中，抽气部件为真空泵，真空泵与气氛调节腔体通过管道连接，用于抽取主腔体内的空气。样品台具有升降定位功能，可以上下左右前后调节，方便控制样品位置和切换样品，大大减少了更换样品过程中重复抽真空和充气过程的等待时间。若需要对样品进行加热，可以将热电偶固定在样品支架上，在主腔体上设有电源接口以满足热电偶的供电；若需要对样品进行施加电压，可以通过电源接口外接偏压设备，对样品施加偏压。电源接口接入外界电偶控制器或恒定电源，可以适应材料在不同温度和不同电压条件下的测试。使测试装置在原有的常规光谱测试的基础上扩展材料的研究领域，应用范围更加广泛。
主腔体为分体式结构，包括腔体和底座，腔体上设有真空接口(即为出气口)、充气接口和两个同轴设置的、由石英制成的光学窗口，两个光学窗口分别为光入口和光出口。光学窗口具有高透光性和良好的气密性，为测试装置的精确测量提供必要条件。法兰将腔体和底座密封并由固定箍固定，连接处设有密封圈。主腔体为分体式结构方便样品的放置。样品台通过样品支架与底座连接。
气体混合腔上设有若干气体入口和第二气压计，每一气体入口上均设有气体流量计和阀门。利用气体流量计测量流入的气体，进而精准控制气体混合比例，混合后的气体为测试样品提供保护气体或为材料作为光学传感器测试提供测试氛围。混合后的气体将存储在气体混合腔中，后续将注入主腔体内。气体混合腔与主腔体的充气接口连接，连接处设有三通阀，真空泵与主腔体的真空接口连接，连接处设有真空接口阀门；主腔体上设有第一气压计，利用第一气压计测量并反馈主腔体内的气压。激光光源设在光入口的一侧；样品台设在主腔体内侧正对光入口。三轴移动平台连接在主腔体的底部，通过三轴移动平台移动主腔体以使激光的光斑对准样品。其中，千分尺旋进部件可对平台进行前后左右两轴调节。旋钮在旋进旋进螺栓的过程中将支撑整个主腔体的上下移动。支柱起到位置固定作用。
采用内外电学连接器，方便对腔体内样品进行加热或施加电压等需电操作。
本实施例中，进行氧气浓度对样品光学性能的影响的测试。首先将样品附着在样品台上，三通阀的其中一个通口连接至气体处理装置，三通阀拧至气体混合腔和气体处理装置连通状态，开启气体入口处的阀门。与此同时打开真空泵和真空接口阀门。通过第一气压计测试主腔体中的压力。当主腔体的压力达到低真空要求后(譬如：运用机械真空泵，可达到的真空状态为10-2<\/sup>pa)，关闭真空接口阀门，再关闭真空泵。待气体混合腔中的空气都排出后，将三通阀拧至关闭状态，同时关闭阀门。再将三通阀拧至气体混合腔和主腔体连通状态。气体混合腔中的气体进入主腔体。往复充气操作使得主腔体的压力达到测试要求后(氧气浓度测试最好是一个大气压，方便计算氧气浓度。当然，有特殊要求，也可以根据测试需求对气压进行调节)，将三通阀拧至气体混合腔和主腔体隔离状态，关闭阀门。
完成充气过程后，通过三轴移动平台移动主腔体以使激光的光斑对准样品。激光透过光学窗口可进行需要的光谱测试。
上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920058931.5
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209525260U
授权时间:20191022
主分类号:G01N 21/25
专利分类号:G01N21/25;G01N21/03
范畴分类:31E;
申请人:广州大学
第一申请人:广州大学
申请人地址:510006 广东省广州市番禺区大学城外环西路230号
发明人:张伟;邹贤劭
第一发明人:张伟
当前权利人:广州大学
代理人:裘晖
代理机构:44245
代理机构编号:广州市华学知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计